عنوان پایان‌نامه
مقایسه رویکردهای متفاوت متداول در بروز رسانی مدلهای اجزاء محدود با تاکید بر حل مسائل حوزه استاتیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مهندسی زلزله
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2120;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71089
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- نازنین بهشتی
- استاد راهنما
- محمد رحیمیان, شهرام وهدانی
- چکیده
- با وجود استفاده متداول از مدلهای اجزاء محدود برای حصول اطلاعات یک سازه، بررسی‌های صورت گرفته توسط محققان حاکی از آن است که نتایج حاصل از این مدل‌سازی‌های عددی منطبق بر نتایج حاصل از آزمایش نمونه ساخته شده سازه، نمی‌باشد. از این رو پژوهشگران در پی یافتن روشی برای همگرایی نتایج حاصل از این دو مسیر بوده‌اند. هدف از یافتن چنین روشی، امکان حصول اطلاعات مورد نیاز سازه از مدل عددی و صرف‌نظر از فرایند پرهزینه ساخت و آزمایش مدل سازه می‌باشد. فرایند همگرایی نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی سازه، فرایند بروزرسانی مدل نام دارد. امروزه با مشخص شدن کاربردهای این مسئله در روند کنترل سلامت سازه، بررسی نقاط ضعف آن و همچنین توانایی این روش‌ها در پیشگیری از صرف هزینه‌های هنگفت در صورت وقوع خرابی در سازه مورد نظر، مطالعه و بررسی این بخش اهمیت فراوان یافته است. در این پژوهش، پس از معرفی کامل این روش، کاربردها، اهداف استفاده و همچنین مزایا و معایب این روش به تفصیل بیان شده است. با توجه به پیشرفت‌های صورت گرفته بر روند این فرآیند طی سال‌های متمادی، فعالیت‌های صورت گرفته توسط محققان از ابتدا تا به امروز بررسی گشته است. از آنجا که روش‌های متفاوت بهینه‌سازی موثرترین عامل بر تغییر روند روش بروزرسانی مدل است، الگوریتم روش‌های متفاوت بهینه‌سازی استفاده شده در این پژوهش به طور مفصل شرح داده شده است. تشکیل یک مساله بروزرسانی شامل مراحلی مانند تشکیل ماتریس سختی سازه سالم و آسیب‌دیده، تشکیل ماتریس تبدیل و … می‌باشد. از این رو، روند محاسبات لازم برای تشکیل یک مساله بروزرسانی شامل یک تیر طره دارای نقص در یکی از المان‌های تشکیل دهنده و سپس حل آن با استفاده از روش‌های مذکور در پژوهش آورده شده است. هدف از پژوهش حاضر، بررسی یک تابع هدف با در نظر گرفتن یک پارامتر طراحی مشخص و سپس اعمال و مقایسه روش‌های بهینه‌سازی با در نظر گرفتن معیارهایی چون دقت نتایج، سرعت همگرایی و تعداد تکرار برای رسیدن به پاسخ نهایی می‌باشد. . نتایج به دست آمده برتری دو روش بهینه‌سازی با تابع هدف شامل توان دوم بردار خطا، اختلاف تغییرمکان‌های مدل عددی و آزمایشگاهی، را برای سازه ترکه‌ای نشان می‌دهد. همچنین ملاحظه می‌گردد که علیرغم سهولت یافتن المان دارای نقص، برای تمامی روش‌ها، در صورت حضور آن المان در نزدیکی تکیه‌گاه سازه، با استفاده از برخی روش‌ها یافتن محل نقص موجود در المان‌های دور از تکیه‌گاه به سختی انجام می‌گیرد.
- Abstract
- The comparative studies show differences between filed and corresponding Finite Element models results. Even by using the most exact computing approaches, these differences are more than the accuracy of accurate implements. These difference sources are as: modeling simplification, different material behaviors in macroscopic scale and probable damages to the structure (during construction, utilization and …). However providing safety criteria needs to accurately estimate and limit the problem uncertainties. This is possible in two ways. These approaches are as: "precise the modeling approaches" and "finite element model updating fit to observed behavior". This process contains adaptation of numerical models results with experimental data and is called "model updating process". This approach has different uses like structural health monitoring and damages place and severity identification. This research perfectly introduces the classic model updating approach, based on static tests results. According to the topic history, first a detailed review is presented on the literature of this topic. Then the used optimization methods are explained. Moreover, an updating problem is fully described. In this description, all computation process necessary for a damaged cantilever beam (as: construction of the primary structure stiffness matrix, construction of the existing structure stiffness matrix, definition of the objective function, definition of optimization parameters, construction of transformation matrix and …) is presented. Then some optimization approaches like Interior Point, Gauss-Newton, Nelder-Mead, Conjugate Gradient and Quasi-Newton are used to solve the problem. For the last part of the research, these optimization approaches are compared with each other in some ways like results accuracy, convergence rate and number of iterations to find the correct answer (with the same objective function and optimization parameter). The results show the superiority of Interior Point and Gauss-Newton optimization method for the mentioned beam. Also the presence of the damage near the support produces unreal correction factor in the far end of the cantilever beam.
